TWI812283B - 天線結構及封裝天線 - Google Patents
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Abstract
一種天線結構，包含主輻射元件、寄生輻射元件、饋電體和至少一高阻抗構件。寄生輻射元件與主輻射元件平行設置。饋電體設置為電性耦合或電磁耦合主輻射元件。至少一高阻抗構件直接接觸寄生輻射元件且設置為電性接地。
Description
本揭露是有關於天線領域，且特別是指一種天線結構和封裝天線（antenna-in-package）。
5G新無線電（New Radio；NR）為近年發展的無線電存取技術，其支援高吞吐量、低延遲和高通訊容量。相較於先前的4G無線電通訊系統，5G新無線電設備使用毫米波（mmWave）載波訊號將基頻訊號升頻為射頻（radio frequency；RF）訊號以用於無線電傳輸。另一方面，因應市場導向，多數通訊產品，例如智慧型手機、5G微型基地台（femtocells）等，近來已朝向小型化和低成本規格的方向進展。用於5G毫米波應用上的天線係利用一些尺寸較小的輻射元件來形成陣列，以在高頻（例如從24.25 GHz到52.6 GHz）下進行波束成形操作。在用於毫米波應用之最先進功率放大器的場合下，功率附加效率通常低於20%，其意味著大部分直流功率將轉換為對流熱。這對於包含數十甚至是數百個輻射元件的大型相位天線陣列來說特別顯著。整個系統會因高工作溫度而導致其效能下降以及故障和機械損傷，例如其天線結構內的翹曲（warpage）或脫層（delamination）。因此，散熱管理對於需確保電性和機械可靠性的毫米波設備而言是必要的。
本揭露之一方面是指一種天線結構，其包含主輻射元件、寄生輻射元件、饋電體和至少一第一高阻抗構件。寄生輻射元件與主輻射元件平行設置。饋電體設置為電性耦合或電磁耦合主輻射元件。至少一第一高阻抗構件直接接觸寄生輻射元件且設置為電性接地。
依據本揭露之一或多個實施例，上述至少一第一高阻抗構件和上述寄生輻射元件共平面且在同一金屬層中。
依據本揭露一或多個實施例，上述天線結構另包含介設於主輻射元件與寄生輻射元件之間的介電層。
依據本揭露一或多個實施例，上述寄生輻射元件為矩形貼片天線，且上述至少一第一高阻抗構件為四條高阻抗跡線，此些高阻抗跡線分別接觸寄生輻射元件的四個邊緣。
依據本揭露一或多個實施例，上述天線結構另包含至少一個直接接觸主輻射元件且配置為電性接地的第二高阻抗構件。
依據本揭露一或多個實施例，上述至少一第二高阻抗構件和上述主輻射元件共平面且在同一金屬層中。
依據本揭露一或多個實施例，上述主輻射元件為矩形貼片天線，且上述至少一第二高阻抗構件為四條高阻抗跡線，此些高阻抗跡線分別接觸主輻射元件的四個邊緣。
依據本揭露一或多個實施例，上述天線結構另包含直接接觸至少一第一高阻抗構且側向（laterally）環繞主輻射元件與寄生輻射元件的接地結構。
依據本揭露一或多個實施例，上述接地結構包含多個接地通孔，每一此些接地通孔由主輻射元件的垂直準位延伸至寄生輻射元件的垂直準位。
本揭露之另一方面是指一種天線結構，其包含一種天線結構，其包含主輻射元件、寄生輻射元件、饋電體和至少一高阻抗構件。寄生輻射元件與主輻射元件平行設置。饋電體設置為電性耦合或電磁耦合主輻射元件。至少一高阻抗構件直接接觸主輻射元件且設置為電性接地。
依據本揭露一或多個實施例，上述至少一高阻抗構件和上述主輻射元件共平面且在同一金屬層中。
依據本揭露一或多個實施例，上述天線結構另包含，介設於主輻射元件與寄生輻射元件之間的介電層。
依據本揭露一或多個實施例，上述主輻射元件為矩形貼片天線，且上述至少一高阻抗構件為四條高阻抗跡線，此些高阻抗跡線分別接觸主輻射元件的四個邊緣。
本揭露之又一方面是指一種封裝天線（antenna-in-package），其包含多層基板和晶片。多層基板具有多個介電層與多個金屬層的積層，且包含主輻射元件、寄生輻射元件、第一饋電體、至少一高阻抗構件和接地結構。寄生輻射元件與主輻射元件平行設置。第一饋電體設置為電性耦合或電磁耦合主輻射元件。至少一高阻抗構件直接接觸寄生輻射元件且設置為電性接地。接地結構直接接觸至少一高阻抗構件且側向環繞主輻射元件與寄生輻射元件。晶片接合至多層基板且電性耦接至主輻射元件和接地結構。
依據本揭露一或多個實施例，上述至少一高阻抗構件和上述寄生輻射元件共平面且在此些金屬層的同一金屬層中。
依據本揭露一或多個實施例，上述接地結構包含多個接地通孔，每一此些接地通孔由此些金屬層的最上方金屬層垂直延伸至此些金屬層的最下方金屬層。
依據本揭露一或多個實施例，上述寄生輻射元件為矩形貼片天線，且上述至少一高阻抗構件為四條高阻抗跡線，此些高阻抗跡線分別接觸寄生輻射元件的四個邊緣。
依據本揭露一或多個實施例，上述封裝天線另包含，設置為電性耦合或電磁耦合主輻射元件的第二饋電體。第一饋電體和第二饋電體設置為在多層基板上產生雙極化輻射場型。
依據本揭露一或多個實施例，上述主輻射元件垂直地位於寄生輻射元件與晶片之間。
依據本揭露一或多個實施例，上述晶片為射頻積體晶片（radio-frequency integrated chip；RFIC）。
以下仔細討論本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。
在本文中所使用的用語僅是為了描述特定實施例，非用以限制申請專利範圍。除非另有限制，否則單數形式的「一」或「該」用語也可用來表示複數形式。
空間相對性用語的使用是為了說明元件在使用或操作時的不同方位，而不只限於圖式所繪示的方向。元件也可以其他方式定向（旋轉90度或在其他方向），而在此使用的空間相對性描述也可以相同方式解讀。
以下說明和申請專利範圍可使用術語「耦接」及其衍生詞。在特定實施例中，「耦接」可指二或多個元件相互直接實體或電性接觸，或是不彼此直接接觸。「耦接」還可指二或多個元件相互操作或動作。
可被理解的是，雖然在本文可使用「第一」、「第二」、「第三」等用語來描述各種元件和/或零件，但此些用語不應限制此些元件和/或零件。此些用語僅用以區別一元件和/或零件與另一元件和/或零件。
為了簡化和明確說明，本文可能會在各種實施例中重複使用元件符號和/或字母，但這並不表示所討論的各種實施例及/或配置之間有因果關係。此外，在圖式描述中，相似元件具有與先前圖式的名稱和標號相似的名稱和標號。後續圖式利用不同文脈或不同功能的元件時，此元件具有不同的高位數字，以代表不同圖號（例如，圖1A的lxx和圖3的3xx）。分配予各元件的特定標號僅用以幫助說明，而不意欲暗示任何結構或功能上的限制。
圖1A為依據本揭露一些實施方式之天線結構100的示意圖。天線結構100包含基板110、主輻射元件120、寄生輻射元件130、高阻抗構件131-134和饋電體140。基板110可由一或多個介電層所形成，且其中一個介電層可介設於主輻射元件120與寄生輻射元件130之間，使得主輻射元件120與寄生輻射元件130實體分隔。在一些實施方式中，基板110可以是由多個介電層和多個金屬層交替堆疊而形成的多層板結構，其中主輻射元件120和寄生輻射元件130可分別在其中兩個金屬層中。基板110的介電層可由FR4材料、玻璃、陶瓷、環氧樹脂或矽形成。主輻射元件120和寄生輻射元件130可設置在基板110上/中，且/或可在基板110的法線方向（例如圖1A-1B所示之Z軸方向）上互相平行且重疊排列，以消除天線結構100中的表面波。在一些實施方式中，如圖1A所示，主輻射元件120和寄生輻射元件130為矩形貼片輻射體。在其它實施方式中，可採用其他形狀和/或類型的主輻射元件120和寄生輻射元件130。主輻射元件120和寄生輻射元件130藉由在基板110中的一或多個介電層實體分隔。
高阻抗構件131-134直接接觸寄生輻射元件130且設置為電性接地。如圖1A所示，高阻抗構件131-134分別接觸寄生輻射元件130的四個邊緣。高阻抗構件131-134可與寄生輻射元件130共平面且在同一金屬層中。此外，寄生輻射元件與高阻抗構件131-134也可由相同材料和藉由相同製程所形成。高阻抗構件131-134可以是高阻抗跡線（例如直條狀高阻抗跡線），且每一高阻抗構件131-134的阻抗值均高於寄生輻射元件130的阻抗值；高阻抗構件131-132的長度方向可平行於X軸方向，且高阻抗構件133-134的長度方向可平行於Y軸方向。在其他實施方式中，可採用其他形狀（例如蜿蜒形狀或漸縮形狀）、圖案和/或位置的高阻抗構件131-134。舉例而言，在一些實施方式中，高阻抗構件131-134可分別由寄生輻射元件130的四個角落延伸。
饋電體140設置在基板110中，以電性或電磁耦合能量至主輻射元件120。饋電體140可以是耦接至主輻射元件120和饋電源的通孔結構。此外，饋電體140可電性耦接至同樣在天線結構100中的其他電子元件，例如主動電子元件（例如開關）、被動電子元件（例如電感）和/或相似者，或是天線結構100外部的電子元件。在一些實施方式中，如圖1B所示，饋電體140直接接觸主輻射元件120，以直接耦合能量至主輻射元件120。饋電體140可更換為用以電磁耦合能量至主輻射元件120的饋電探針。在一些實施方式中，具槽孔的金屬板可介設於主輻射元件120與饋電體140之間以形成槽孔天線。
此外，用於散熱之高阻抗構件可參照以上有關天線結構100的描述和圖1A-1B而做出各種配置方式。舉例而言，圖2A至圖2D分別為依據本揭露一些實施方式之天線結構200A-200D的側視示意圖。在圖2A中，天線結構200A包含基板210、主輻射元件220、高阻抗構件221-224、寄生輻射元件230和饋電體240。在天線結構200A中，高阻抗構件221-224直接接觸主輻射元件且與主輻射元件220共平面而非寄生輻射元件230。高阻抗構件221-224皆為接地，且每一高阻抗構件221-224的阻抗值均高於主輻射元件220的阻抗值。主輻射元件220與高阻抗構件221-224可由相同材料和藉由相同製程所形成。
在圖2B中，天線結構200B包含基板210、主輻射元件220、高阻抗構件221-224、寄生輻射元件230、高阻抗構件231-234和饋電體240。高阻抗構件221-224、231-234皆為接地。高阻抗構件221-224與主輻射元件220共平面並直接接觸主輻射元件220，且每一高阻抗構件221-224的阻抗值均高於主輻射元件220的阻抗值。相似地，高阻抗構件231-234與寄生輻射元件230共平面並直接接觸寄生輻射元件230，且每一高阻抗構件231-234的阻抗值均高於寄生輻射元件230的阻抗值。主輻射元件220與高阻抗構件221-224可由相同材料和藉由相同製程所形成，且/或寄生輻射元件230與高阻抗構件231-234可由相同材料和藉由相同製程所形成。
在圖2C中，天線結構200C包含基板210、主輻射元件220、高阻抗構件221-222、寄生輻射元件230、高阻抗構件231-232和饋電體240。高阻抗構件221-222、231-232均為接地。高阻抗構件221-222與主輻射元件220共平面並直接接觸主輻射元件220，且每一高阻抗構件221-222的阻抗值均高於主輻射元件220的阻抗值。相似地，高阻抗構件231-232與寄生輻射元件230共平面並直接接觸寄生輻射元件230，且每一高阻抗構件231-232的阻抗值均高於寄生輻射元件230的阻抗值。高阻抗構件221-222、231-232的長度方向可實質相同。
在圖2D中，天線結構200D包含基板210、主輻射元件220、高阻抗構件223-224、寄生輻射元件230、高阻抗構件231-232和饋電體240。高阻抗構件223-224、231-232皆為接地。高阻抗構件223-224與主輻射元件220共平面並直接接觸主輻射元件220，且每一高阻抗構件223-224的阻抗值均高於主輻射元件220的阻抗值。相似地，高阻抗構件231-232與寄生輻射元件230共平面並直接接觸寄生輻射元件230，且每一高阻抗構件231-232的阻抗值均高於寄生輻射元件230的阻抗值。高阻抗構件223-224的長度方向可實質垂直於高阻抗構件231-232的長度方向。
圖3為依據本揭露一些實施方式之封裝天線（antenna-in-package；AiP）30的剖視示意圖。封裝天線30可以是封裝模組，其包含互相接合的天線結構300和晶片360。天線結構300包含基板310、主輻射元件320、寄生輻射元件330、高阻抗構件331-334、饋電體341-342和接地結構350。基板310為由金屬層ML和介電層DL交錯堆疊而形成的多層結構。金屬層ML可由銅、鋁、鎳和/或其他金屬、上述金屬之混合物或合金、電導性金屬化合物和/或其他合適材料所形成。每一金屬層ML可包含一或多個輻射元件、一或多個導電跡線、一或多個主動電子元件（例如開關）、一或多個被動電子元件（例如電感）和/或其他用於電磁輻射的元件。介電層DL可由FR4材料、玻璃、陶瓷、環氧樹脂、矽和/或其他合適材料所形成。基於介電層DL的材料種類，基板310可藉由各種製程形成，例如低溫共燒陶瓷（low-temperature cofired ceramic；LTCC）、積體被動元件（integrated passive device；IPD）、多層膜、多層印刷電路板或其他多層製程。
在一些實施方式中，如圖3所示，金屬層ML與介電層DL在天線結構300的法線方向（例如圖3所示之Z軸方向）上交替堆疊。金屬層ML可由相同材料（例如銅）或不同的材料所形成。相似地，介電層DL可由相同材料（例如環氧樹脂）或不同的材料所形成。其他具有金屬層ML與介電層DL的堆疊結構可依據圖3所示之天線結構300而做出。舉例而言，二或多個介電層DL可介設於相鄰的兩個金屬層ML之間。金屬層ML和介電層DL的個數可基於天線結構300的設計需求而決定。此外，金屬層ML和介電層DL亦可基於天線結構300的設計需求而包含相異圖案。
主輻射元件320和寄生輻射元件330位於不同的金屬層ML中。主輻射元件320和寄生輻射元件330可以是在天線結構300的法線方向上互相平行且重疊排列的貼片貼片，以消除表面波。在一些實施方式中，主輻射元件320和寄生輻射元件330為矩形貼片輻射體。在其他實施方式中，可採用其他形狀和/或類型的主輻射元件320和寄生輻射元件330。
高阻抗構件331-334直接接觸寄生輻射元件330和接地結構350。每一高阻抗構件331-334直接耦接於寄生輻射元件330與接地結構350之間。如圖3所示，高阻抗構件331-334可與寄生輻射元件330共平面，即寄生輻射元件330和高阻抗構件331-334可位於相同的金屬層ML中。此外，每一高阻抗構件331-334具有較寄生輻射元件330為低的阻抗值。相似於圖1A-1B所示之高阻抗構件131-134，高阻抗構件331-可分別接觸寄生輻射元件330的四個邊緣，且可分別以相異方向延伸。
饋電體341-342直接耦接至主輻射元件320，以饋入能量至主輻射元件320而輻射出電磁波。每一饋電體341-342可包含通孔和跡線，以電性耦接在相同的天線結構300中的其他電子元件，例如主動電子元件（例如開關）、被動電子元件（例如電感）、上述組合或接合至天線結構300的電子元件。主輻射元件320、寄生輻射元件330和饋電體341-342可設置為形成雙極化輻射體。換言之，饋電體341-342可設置為在基板310上產生雙極化輻射場型。
接地結構350側向（laterally）環繞主輻射元件320和寄生輻射元件330且形成腔式（cavity backed）孔徑，以抑制介電層DL與金屬層ML之間的表面波傳導。接地結構350可以是通孔牆結構，其包含縱向重疊且分別位於金屬層中的貼片框和耦接貼片框的接地通孔。接地結構350的每一接地通孔可以是盲孔、埋孔、堆疊通孔、交錯通孔、上述組合或適用於天線結構300的任何種類通孔，且可藉由雷射鑽孔、電鍍、無電鍍或其他合適的技術形成。在一些實施方式中，接地結構350的每一接地通孔由最上方金屬層ML垂直延伸至最下方金屬層ML。接地結構350在天線結構300的俯視方向上具有框形，例如矩形框形或任何其他框形。
如圖3所示，天線結構300可經由凸塊與晶片360接合。晶片360位於天線結構300之相對於輻射側的另一側。換言之，主輻射元件320垂直地位於寄生輻射元件330與晶片360之間。晶片360可以是射頻積體晶片（radio-frequency integrated chip；RFIC）、類比積體晶片、混合訊號積體電路、特殊應用積體電路（application-specific integrated circuit；ASIC）或類似者。凸塊可由用以電性耦接天線結構300之接地結構350和晶片360之接地接腳（未示出）接地凸塊371和用以電性耦接在天線結構300之電子元件（例如饋電體341-342）和晶片360之訊號接腳（未示出）的訊號凸塊372所組成。
對於圖3所示之天線結構300與晶片360接合的封裝天線30而言，熱能可由天線結構300的兩相對平面側散出（例如由寄生輻射元件330和晶片360散出）。高阻抗構件331-334、寄生輻射元件330和接地結構350之最上方金屬層的組合作用為濾波器（例如低通濾波器），其使直流成分訊號流至接地結構350（例如圖3所示之直流電流路徑）但阻隔射頻訊號，以在不妨礙天線結構300在射頻的效能下幫助散熱。
天線結構300可變更為孔徑饋電式（aperture-fed）天線結構，其中饋電體341-342被替換為饋電跡線，其可經由基板310的接地面元件定義的兩個槽孔電磁耦合能量至主輻射元件，以為了大頻寬和高天線增益。此外，天線結構300可包含接合至印刷電路板的錫球（未示出）或類似者。
圖4為依據本揭露一些實施方式之天線陣列400的示意圖。在圖4中，天線陣列400具有四個天線單元400A-400D，其排列為兩行及兩列的陣列。每一天線單元400A-400D可具有與圖1A至圖1B所示之天線結構100、圖2A/2B/2C/2D所示之天線結構200A/200B/200C/200D或圖3所示之天線結構300相似的結構，以為了更佳的天線隔離度。天線陣列400可以是多個金屬層和多個介電層的堆疊結構。特別地，在一些實施方式中，金屬層與介電層在天線陣列400的法線方向上交替堆疊。在此堆疊結構中，天線單元400A-400D可同時形成，且堆疊的屬層和介電層延伸橫跨天線單元400A-400D。也就是說，天線單元400A-400D的介電層和金屬層可以是一對一（one-to-one）對映。換言之，天線單元400A的第一金屬層可對映天線單元400B的第一金屬層，天線單元400A的第一介電層可對映天線單元400B第一介電層，天線單元400A的第二金屬層可對映天線單元400B的第二金屬層，依此類推。其他形狀、配置和/或數量的天線單元可設計為用於各種應用。舉例而言，天線陣列400可變更為具有多於兩列天線單元和/或多於兩行天線單元，且/或每一天線單元400A-400D可以是矩形、三角形或任何其他合適形狀。在其他一些示例中，天線單元400A-400D可以是個體天線模組。特別地，天線單元400A-400D可以是實體分離，且每一天線單元400A-400D可具有圖1A-1B所示之天線結構100、圖2A/2B/2C/2D所示之天線結構200A/200B/200C/200D或圖3所示之封裝天線30或天線結構300相似的結構。天線單元400A-400D可經由錫球（未示出）接合至印刷電路板410而形成封裝天線陣列模組。
圖5A示出具有高阻抗構件和安裝在背側之散熱鰭片（heat sink）的天線陣列400在頻率為28GHz附近的頻帶下進行操作的散熱效能，且圖5B示出具有安裝在背側之散熱鰭片但不具有高阻抗構件的習知天線陣列在頻率為28GHz附近的頻帶下進行操作的散熱效能。如圖5A-5B所示，習知天線陣列的最高溫度達到約攝氏143度，天線陣列400的最高溫度達到約攝氏107度。因此，本揭露實施方式採用的高阻抗構件在操作期間幫助散熱。此外，本揭露實施方式之天線陣列的返回損失和天線增益表現維持在大致相同的水平，且因高阻抗構件而造成的頻率偏移可容易地藉由些微調整天線結構中的電子元件而校正。
圖6為依據本揭露一些實施方式之裝置1的方塊示意圖。裝置1包含處理電路2和射頻模組3。處理電路2可配置為依據協定堆疊（protocol stack），例如無線電資源控制（Radio Resource Control；RRC）、媒體存取控制（Media Access Control；MAC）、無線電鏈路控制（Radio Link Control；RLC）、服務資料適配協定（Service Data Adaptation Protocol；SDAP）、封包資料彙聚協定（Packet Data Convergence Protocol；PDCP）、實體層（physical layer；PHY）編碼與解碼和/或類似者，對資料位元編碼以產生基頻編碼訊號，且對來自射頻模組3的訊號解碼為資料位元。處理電路2可以是處理器、微處理器、特殊應用積體電路、數位訊號處理器（digital signal processor；DSP）、場可程式化閘陣列（field programmable gate array；FPGA）和/或類似者。射頻模組3可具有一或多個天線和電路，例如射頻積體晶片、功率放大器（power amplifier；PA）、低雜訊放大器（low-noise amplifier；LNA）等，其用以調變由處理電路2輸出的基頻訊號為射頻訊號並經由射頻模組3進行無線傳輸，且/或用以解調經由射頻模組3接收的射頻訊號為基頻訊號。射頻模組3之天線設置為經由空氣進行射頻訊號傳輸及接收。射頻模組3可包含具有依據本揭露實施方式之天線結構（例如圖1A-1B所示之天線結構100、圖2A/2B/2C/2D所示之天線結構200A/200B/200C/200D、圖3所示之封裝天線30或天線結構300、或是圖4所示之天線陣列400）的單一天線，或是包含具有至少一個依據本揭露實施方式之天線結構（例如圖1A-1B所示之天線結構100、圖2A/2B/2C/2D所示之天線結構200A/200B/200C/200D、圖3所示之封裝天線30或天線結構300、和/或是圖4所示之天線陣列400）的多天線。其他天線結構或天線陣列亦可或替代地配置在裝置1的射頻模組3中。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1:裝置
2:處理電路
3:射頻模組
30:封裝天線
100,200A-200D,300:天線結構
110,210,310:基板
120,220,320:主輻射元件
130,230,330:寄生輻射元件
131-134,221-224,231-234,331-334:高阻抗構件
140,240,341-342:饋電體
350:接地結構
360:晶片
371:接地凸塊
372:訊號凸塊
400:天線陣列
400A-400D:天線單元
410:印刷電路板
DL:介電層
ML:金屬層
為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：
[圖1A]為依據本揭露一些實施方式之天線結構的示意圖；
[圖1B]為[圖1A]所示之天線結構的部分剖視示意圖；
[圖2A]至[圖2D]分別為依據本揭露一些實施方式之天件結構的側視示意圖；
[圖3]為依據本揭露一些實施方式之封裝天線（antenna-in-package；AiP）的剖視示意圖；
[圖4]為依據本揭露一些實施方式之天線陣列的示意圖；
[圖5A]示出具有高阻抗構件和安裝在背側之散熱鰭片（heat sink）的天線陣列在頻率為28 GHz附近的頻帶下進行操作的散熱效能；
[圖5B]示出具有安裝在背側之散熱鰭片但不具有高阻抗構件的習知天線陣列在頻率為28 GHz附近的頻帶下進行操作的散熱效能；以及
[圖6]為依據本揭露一些實施方式之裝置的方塊示意圖。
國內寄存資訊（請依寄存機構、日期、號碼順序註記）
無
國外寄存資訊（請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記）
無
100:天線結構
110:基板
120:主輻射元件
130:寄生輻射元件
131-134:高阻抗構件
140:饋電體
Claims (15)
- 一種天線結構，包含： 一主輻射元件； 一寄生輻射元件，與該主輻射元件平行設置； 一介電層，介設於該主輻射元件與該寄生輻射元件之間； 一饋電體，設置為電性耦合或電磁耦合該主輻射元件；以及 至少一第一高阻抗構件，直接接觸該寄生輻射元件且設置為電性接地。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該至少一第一高阻抗構件和該寄生輻射元件共平面且在同一金屬層中。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該寄生輻射元件係一矩形貼片天線，且該至少一第一高阻抗構件係四條高阻抗跡線，該些高阻抗跡線分別接觸該寄生輻射元件之四邊緣。
- 如請求項1所述之天線結構，另包含： 至少一第二高阻抗構件，直接接觸該主輻射元件且配置為電性接地，其中該至少一第二高阻抗構件和該主輻射元件共平面且在同一金屬層中，其中該主輻射元件係一矩形貼片天線，且該至少一第二高阻抗構件係四條高阻抗跡線，該些高阻抗跡線分別接觸該主輻射元件之四邊緣。
- 如請求項1所述之天線結構，另包含： 一接地結構，直接接觸該至少一第一高阻抗構且側向（laterally）環繞該主輻射元件與該寄生輻射，其中該接地結構包含複數個接地通孔，每一該些接地通孔由該主輻射元件之垂直準位延伸至該寄生輻射元件之垂直準位。
- 一種天線結構，包含： 一主輻射元件； 一寄生輻射元件，與該主輻射元件平行設置； 一介電層，介設於該主輻射元件與該寄生輻射元件； 一饋電體，設置為電性耦合或電磁耦合該主輻射元件；以及 至少一高阻抗構件，直接接觸該主輻射元件且設置為電性接地。
- 如請求項6所述之天線結構，其中該至少一高阻抗構件和該主輻射元件共平面且在同一金屬層中。
- 如請求項6所述之天線結構，其中該主輻射元件係一矩形貼片天線，且該至少一高阻抗構件係四條高阻抗跡線，該些高阻抗跡線分別接觸該寄生輻射元件之四邊緣。
- 一種封裝天線（antenna-in-package；AiP），包含： 一多層基板，具有複數個介電層與複數個金屬層之一積層且包含： 一主輻射元件，位於該些金屬層之一第一金屬層中； 一寄生輻射元件，位於該些金屬層之一第二金屬層中，該主輻射元件與該寄生輻射元件為平行設置且彼此之間間隔有該些介電層之至少一者； 一第一饋電體，設置為電性耦合或電磁耦合該主輻射元件； 至少一高阻抗構件，直接接觸該寄生輻射元件且設置為電性接地；以及 一接地結構，直接接觸該至少一高阻抗構件且側向（laterally）環繞該主輻射元件與該寄生輻射元件；以及 一晶片，接合至該多層基板且電性耦接至該主輻射元件和該接地結構。
- 如請求項9所述之封裝天線，其中該至少一高阻抗構件和該寄生輻射元件共平面且在該些金屬層之同一金屬層中。
- 如請求項9所述之封裝天線，其中該接地結構包含複數個接地通孔，每一該些接地通孔由該些金屬層之最上方金屬層垂直延伸至該些金屬層之最下方金屬層。
- 如請求項9所述之封裝天線，其中該寄生輻射元件係一矩形貼片天線，且該至少一高阻抗構件係四條高阻抗跡線，該些高阻抗跡線分別接觸該寄生輻射元件之四邊緣。
- 如請求項9所述之封裝天線，更包含： 一第二饋電體，設置為電性耦合或電磁耦合該主輻射元件； 其中該第一饋電體和該第二饋電體設置為在該多層基板上產生雙極化輻射場型。
- 如請求項9所述之封裝天線，其中該主輻射元件垂直地位於該寄生輻射元件與該晶片之間。
- 如請求項9所述之封裝天線，其中該晶片係一射頻積體晶片（radio-frequency integrated chip；RFIC）。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201803043A (zh) * | 2016-07-01 | 2018-01-16 | 英特爾公司 | 具有天線之半導體封裝體 |
| CN109256612A (zh) * | 2017-07-13 | 2019-01-22 | 三星电子株式会社 | 包含阵列天线的电子装置 |
| CN111710956A (zh) * | 2019-03-18 | 2020-09-25 | 英飞凌科技股份有限公司 | 毫米波多层嵌入式封装技术中的增强隔离的egb结构的集成 |
| CN112385081A (zh) * | 2018-07-12 | 2021-02-19 | 华为技术有限公司 | sub-6GHz和毫米波组合天线系统 |
Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
| US7330152B2 (en) * | 2005-06-20 | 2008-02-12 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Reconfigurable, microstrip antenna apparatus, devices, systems, and methods |
| KR100988909B1 (ko) * | 2008-09-23 | 2010-10-20 | 한국전자통신연구원 | 고이득 및 광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나 |
-
2022
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201803043A (zh) * | 2016-07-01 | 2018-01-16 | 英特爾公司 | 具有天線之半導體封裝體 |
| CN109256612A (zh) * | 2017-07-13 | 2019-01-22 | 三星电子株式会社 | 包含阵列天线的电子装置 |
| CN112385081A (zh) * | 2018-07-12 | 2021-02-19 | 华为技术有限公司 | sub-6GHz和毫米波组合天线系统 |
| CN111710956A (zh) * | 2019-03-18 | 2020-09-25 | 英飞凌科技股份有限公司 | 毫米波多层嵌入式封装技术中的增强隔离的egb结构的集成 |
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